Il drone-elicottero Ingenuity della NASA si sta preparando per il suo 14° volo sul Pianeta Rosso, ma i cambiamenti dell’aria marziana stanno rendendo queste imprese sempre più impegnative.
Il prossimo volo, che potrebbe avvenire da un giorno all’altro, sarà meno complesso rispetto ad alcuni dei più audaci voli di ricognizione che Ingenuity ha effettuato per aiutare il rover Perseverance, e dietro c’è una buona ragione: l’elicottero da 1,8 kg testerà velocità di rotazione del rotore più elevate per capire se è possibile continuare a volare in condizioni atmosferiche stagionali in rapido cambiamento su Marte.
Il piano di volo prevede che Ingenuity decolli, si innalzi fino a 5 metri ed effettui una manovra laterale prima di atterrare. Originariamente il volo doveva avere luogo non prima del 17 settembre, tutto dipendeva dalla valutazione delle condizioni da parte del team della missione.
Il breve volo di prova dovrebbe includere una velocità del rotore di circa 2.700 giri al minuto (RPM), supponendo che un test a terra pianificato di una rotazione di 2.800 RPM vada come previsto. Per fare un confronto, in precedenza Ingenuity era arrivato a circa 2.537 giri/min. La maggiore velocità di rotazione, secondo gli ingegneri, consentirà al drone di volare nonostante una densità atmosferica ridotta.
“Sta diventando ogni giorno più difficile volare: mi riferisco alla densità atmosferica, che era già estremamente bassa e ora sta calando ulteriormente a causa delle variazioni stagionali su Marte“, ha spiegato il capo pilota di Ingenuity, Håvard Grip, del JPL della NASA.
Grip ha spiegato che la campagna di volo di Ingenuity è stata progettata per durare solo pochi mesi dopo che la missione Perseverance è atterrata all’interno del cratere Jezero di Marte a febbraio. Ingenuity ha superato di gran lunga le aspettative e sta ancora volando, mostrando come i velivoli ad ala rotante potrebbero assumere il ruolo di ricognitori per i rover o forse anche per le missioni umane.
Ingenuity, però, non è stato progettato per affrontare anche le condizioni stagionali. In origine, la densità atmosferica nel cratere Jezero era equivalente a circa l’1,2%-1,5% quella della Terra. Ora le densità si avvicinano all’1% durante le ore pomeridiane preferite per il volo, quando le correnti causano meno instabilità per il drone.
“La differenza atmosferica può sembrare ridotta, ma ha un impatto significativo sulla capacità di volo di Ingenuity“, ha spiegato Grip. Il margine di spinta di Ingenuity, o la spinta in eccesso che il drone produce oltre ciò di cui ha bisogno per librarsi, è diminuito man mano che l’atmosfera di Marte si va assottigliando. Se la densità atmosferica cala troppo, Ingenuity potrebbe rischiare a uno stallo a mezz’aria.
“Per fortuna, c’è un modo per affrontare questo problema, ma implica far girare i rotori ancora più velocemente di quanto abbiamo fatto fino ad ora“, ha proseguito Grip. “In effetti, dovranno girare più velocemente di quanto abbiamo mai tentato con Ingenuity o con uno qualsiasi dei nostri elicotteri di prova sulla Terra. Questo non è qualcosa che prendiamo alla leggera, motivo per cui le nostre prossime operazioni su Marte si concentreranno su test accurati relativi a velocità maggiori del rotore in preparazione per i voli futuri“.
Il team di Ingenuity si focalizzerà su alcune potenziali criticità. Una è che l’RPM più alto, unito ai movimenti del vento e dell’elicottero, potrebbe far sì che le pale del rotore colpiscano l’atmosfera a circa 0,8 Mach, o l’80% della velocità del suono (la velocità del suono su Marte è solo tre quarti di quella sulla Terra, a causa della densità atmosferica molto più bassa del Pianeta Rosso).
“Se le punte delle pale dovessero avvicinarsi sufficientemente alla velocità del suono, potrebbero sperimentare un aumento molto grande della resistenza aerodinamica che sarebbe proibitivo per il volo“, ha precisato Grip. “Per il rotore di Ingenuity non ci aspettiamo di affrontare questo fenomeno fino a numeri di Mach ancora più alti, ma ciò non è mai stato confermato nei test sulla Terra“.
Gli ingegneri studieranno anche le potenziali risonanze che potrebbero fare vibrare l’elicottero a particolari frequenze, che nel peggiore dei casi potrebbero “causare danni all’hardware e portare a un deterioramento delle letture dei sensori necessarie al sistema di controllo del volo“, ha affermato Grip. Altre considerazioni includeranno una maggiore potenza necessaria dal sistema elettrico e carichi più elevati richiesti dal sistema del rotore.
“Tutto si somma in a una sfida significativa, ma affrontando il problema in modo lento e metodico, speriamo di controllare completamente il sistema a velocità del rotore più elevate e consentire a Ingenuity di continuare a volare nei mesi a venire“, ha concluso Grip. “Rimanete sintonizzati per gli aggiornamenti“.
